《框架结构设计》PPT课件

1,框架结构设计,第四章,2,一、框架结构概念设计,受力变形特点,竖向荷载作用下：,梁端、跨中弯矩,承载力极限状态：,梁跨中f,正常使用极限状态 ：,水平荷载作用下：,柱上、下端N 、M、V,承载力极限状态：,框架水平侧移,正常使用极限状态 ：,3,框架水平侧移特点：,q,剪切变形 曲线,剪力引起的变形曲线 越底部 相邻两点间相对变形越大,q,弯曲变形 曲线,弯矩引起的变形曲线 越顶部 相邻两点间相对变形越大,4,q,VB,NA,NB,VA,V,M,（梁、柱弯曲、剪切变形）,剪切型变形曲线,弯曲型变形曲线,（柱轴向变形）,框架总变形,整体剪切变形,整体弯曲变形,由梁柱弯曲、 剪切变形引起,由柱轴向变形引起,5,注： 框架结构水平侧移曲线呈现 剪切型变形特点 底部层间变形最大,结构布置, 最大适用高度 (P35表215) 高宽比限值 (P29表210), 平、立面布置原则,6,构件选型, 梁,截面 尺寸,荷载、跨度、设防烈度、砼强度,hb( 1/10 1/18 ) lb 且400mm、不宜1/4 ln,bb( 1/2 1/3 ) hb 且 200mm,ln / hb 4、 hb / bb 宜4,材料 强度,一级: 不应低于C30,二四级: 不应低于C20,不宜大于C40,7, 柱,截面 尺寸,依据轴压比：,bc 、hc( 1/15 1/20 ) Hc 非抗震：不宜小于250mm 抗震： 不宜小于300mm 圆柱： d 不宜小于350mm 宜大于2、 hb / bb不宜大于3,材料 强度,一级: 不应低于C30,二四级: 不应低于C20,8度不宜大于C70、9度不宜大于C60,8,设计计算要点,节点,框架梁、柱中心线宜重合 偏心距不宜大于柱截面在该宽度的1/4 8度设防，偏心距该方向1/4柱宽时，可 采取增设梁水平加腋等措施,沿建筑两主轴方向都应设置框架 横向和纵向均应采取刚接连接、设计成 双向梁柱抗侧力体系,9,抗震框架梁不宜太强，钢砼框架柱网 不宜超过68m,抗震时不得采用部分砌体墙承重形式,填充墙在平面和竖向布置宜均匀对称,避免上、下层刚度变化过大 避免形成短柱 减少因抗侧刚度偏心造成的扭转 填充墙及隔墙注意与框架及楼板拉结及自身稳定性,沿高度方向各层平面柱网尺寸宜相同,柱截面变化时，尽可能使轴线不变 楼层高度不等形成错层或上部楼层部分柱取消时， 应加强楼层（加厚楼板、增加边梁配筋）,10,二、内力、位移简化计算,基本假定,平面抗侧力假定,弹性变形假定,刚性楼板假定,计算 单元 和简图,11,梁、柱：几何轴线,刚接节点,梁柱连接处：,跨度差10 % ，视为等跨,构件截面惯性矩：,柱：按实际截面计算,梁,现浇：,边跨I1.5I0 中跨I2.0I0,预制：II0,荷载简化：,次梁：简支梁,其它形式荷载简化为等效均布荷载,12,竖向荷载作用下近似计算-分层法,基本假定,水平侧移忽略不计 各层荷载对其它层杆件内力影响忽略,计算要点,分层,单层计算内力,叠加,节点不平衡力矩 再分配（10%）,上层柱线刚度0.9,上层柱力矩 传递系数取1/3,13,水平荷载作用下-反弯点法,基本假定,若ib / ic3,假定梁刚度无穷大 梁、柱轴向变形不计,基本概念,柱抗侧刚度d ：,杆端剪力方程：,V12ic/ h2,dV/12ic / h2,icEI / h,14,反弯点 ：,上层柱中点,底层柱距底面2/3h,基本过程,判断 ib / ic 3,计算各柱 dij,设各柱端 侧移为,第j层各柱剪力：,V1j d1j j V2j d2j j Vij dij j ,Vij VPj dij j VPj j VPj / dij,Vij dij VPj / dij,15,柱端弯矩,Vij dij VPj / dij,一般柱：,底层柱：,梁端弯矩,边跨梁：,中跨梁：,16,水平荷载作用下-D值法,基本假定,梁、柱轴向变形不计 假定同层各节点转角相同,柱抗侧刚度D,h,h,h,1,2,3,ic,ic,ic,i1,i2,i1,i2,i1,i2,1,2,3,节点2 ：,17,: 修正系数,K: 梁柱刚度比,K无穷大：Dd,一般： Dd,18,柱反弯点高度修正,影响柱反弯点位置主要因素：,j-1= j,Mj-1= Mj,Mj-1,Mj,Mj-1,柱端约束刚度,影响柱端约束 刚度因素,结构层数、位置 荷载形式 梁柱线刚度比 上下层变化（梁刚度、层高）,19,标准反弯点高度,上下层梁刚度修正,上层层高修正 h上 / h 2,下层层高修正 h下 / h 3,20,水平侧移近似计算,水平侧移组成,整体剪切变形,整体弯曲变形,整体剪切变形MQ ：,层间侧移： MQj VPj / Dij,j层侧移 ：MQj jj1 MQj,21,整体弯曲变形N ：,N,N,B,q（Z）,Nj,j层侧移 Nj :,N,z,22,V0 : 总剪力,EA底 : 底层边柱轴向刚度,FN : 荷载系数,层间侧移：Nj Nj Nj1,23,三、构件截面设计,荷载效应组合,控制截面及最不利内力类型,梁,支座：,Mmax、Vmax、Mmax,跨中：,Mmax、 Mmax（Mmin）,柱,上下端截面：,Mmax,Nmax、M、V,Nmin、M、V,24,计算截面,梁端：柱边,柱端：梁边,梁端内力调幅,调幅系数,现浇框架： 0.8 0.9,装配式框架：0.7 0.8,M1,M0,M2,M1,M0,M2,M：按简支梁计算的跨中弯矩,M（M1M2）/ 2 + M0 M0 M / 2,调幅后再组合,25,框架梁,梁抗剪截面限制条件,无地震：,有地震：,跨高比 2.5 :,跨高比2.5 :,V : 计算截面剪力设计值 c :砼强度影响系数（C50 取1.0; C80 取0.8） b ：矩形：截面宽度；T 、I 形：腹板宽度,26,梁受压区高度要求,M,一级抗震：,二级抗震：,x :受压区高度,27,梁正截面承载力计算,非抗震：,M,fyAs,fpyAp,f yAs,（po f py）Ap,1fc,1 :系数（C50 取1.0 ; C80 取0.94） p0 ：受压区纵向预应力钢筋合力点处 砼法向应力为0时的预应力钢筋应力,28,梁斜截面承载力计算,承载力计算公式,（考虑地震作用组合),一般框架梁 :,集中荷载作用下 :,Vb : 截面剪力设计值 : 剪跨比（ a / h0 ; 1.53 ) 集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力75%以上,29,梁端剪力设计值Vb,（考虑地震作用组合）,9度各类框架和一级框架结构 :,一级抗震 :,二级抗震 :,三级抗震 :,四级抗震 :,按地震作用组合的剪力设计值,30,VGb : 重力荷载代表值（考虑地震作用组合） 产生的剪力设计值 ln : 净跨 Mlbua、 Mrbua : 梁左、右端与正截面抗弯承载 力对应的弯矩值,采用材料强度标准值,实配钢筋截面积,考虑承载力抗震调整系数,按顺时针、逆时针取大值,Mlb、 Mrb : 梁左、右端弯矩设计值 （考虑地震作用组合）,按顺时针、逆时针取大值,一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为0,31,框架柱,相关参数,剪跨比,2 : 长柱 1.52 : 短柱 1.5:极短柱,对反弯点位于中点的柱：,柱净高,柱截面计算方向 有效高度,32,轴压比,考虑地震作用组合的轴力设计值,（mm）,P(KN),n=0.17,长柱,短柱,（mm）,P(KN),n=0.24,n=0.31,n=0.15,n=0.27,n=0.52,33,控制柱轴压比的意义: 轴压比是影响柱延性和破坏形态的重要因素 柱的位移延性随轴压比增大急剧下降 轴压比不同，柱将呈现两种破坏形态： 大偏心受压破坏、小偏心受压破坏 轴压比小于一定数值，为大偏心受压破坏； 反之则为小偏心受压破坏,n n,P78表49,34,柱轴压比限值,35,柱正截面承载力计算,承载力计算公式,N,sAs,pAp,f yAs,（po f py）Ap,1fc,e,36,节点上下柱端弯矩设计值Mc,9度设防和一级框架结构 :,一级抗震 :,二级抗震 :,三级抗震 :,四级抗震、顶层柱、n0.15 :,取地震作用组合的弯矩设计值,37,Mbua: 同一节点左右侧梁端正截面抗震受弯 承载力对应的弯矩值之和,采用材料强度标准值,实配钢筋截面积,考虑承载力抗震调整系数,按顺时针、逆时针取大值,Mb: 同一节点左右梁端弯矩设计值之和 （考虑地震作用组合）,按顺时针、逆时针取大值,一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为0,Mc: 考虑地震作用组合节点上下柱端弯矩 设计值之和；按上下柱端弯矩比（考 虑地震作用组合）进行分配,38,某框架中间层中间节点考虑地震作用组合内力 如下图，求：二级抗震时，上下柱端截面弯矩 设计值。,例：中间节点柱端弯矩值计算,顺时针：Mb228390618 KNm 相应柱端弯矩和为283317600 KNm 逆时针：Mb426150576 KNm 相应柱端弯矩和为222296518 KNm,39,Mb取顺时针618 KNm Mc1.2618741.6 KNm 上柱端截面Mtc 741.6 283/600349.8 KNm 下柱端截面Mbc 741.6 317/600391.8 KNm,某框架中间层中间节点考虑地震作用组合内力 如下图，求：二级抗震时，上下柱端截面弯矩 设计值。,例：中间节点柱端弯矩值计算,40,柱斜截面承载力计算,柱受剪截面限制条件（剪压比）,无地震：,有地震：, 2 :,2 :,c :砼强度影响系数（C50 取1.0; C80 取0.8）,41,柱斜截面承载力计算公式,无地震作用 :,有地震作用 :,1 3 N: 柱轴向压力设计值 N0.3 fc Ac 若出现拉力，公式中N项为0.2N RE : 0.85,42,柱剪力设计值Vc,9度设防和一级框架结构 :,一级抗震 :,二级抗震 :,三级抗震 :,四级抗震 :,按地震作用组合的剪力设计值,43,Mtcua、 Mbcua : 柱上、下端正截面受弯承载力 对应的弯矩值,采用材料强度标准值,实配钢筋截面积,考虑承载力抗震调整系数,按顺时针、逆时针取大值,Mtc、 Mbc : 柱上、下端弯矩设计值 （考虑地震作用组合）,按顺时针、逆时针取大值,44,柱构造要求,纵筋配置、纵筋配筋率（P79表4-10）,箍筋：,加密区,柱端箍筋加密作用: 增加柱端截面抗剪强度 约束混凝土，提高混凝土抗压强度及变形能力 为纵向钢筋提供侧向支撑，防止纵筋压曲,箍筋Smax、 dmin （P79表4-11）,45,体积配筋率V,ash: 钢箍单肢面积 lsh: 钢箍总长 l1 、l2 : 钢箍包围的砼核芯面积边长 s: 钢箍间距,最小配箍特征值 P81表412,配筋形式,46,节点区,节点抗震设计原则,强节点弱杆件：使节点 承载力不低于构件承载力 多遇地震时节点应在弹性 范围内工作 罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递 梁、柱纵筋在节点区应有可靠锚固 节点配筋不应使施工过分困难,47,节点剪压比限制,bj : 节点区截面有效计算宽度（P76式433） hj ：节点区高度（ hc ） j ：正交梁约束影响系数,楼板现浇、梁柱中心 线重合、bb1/2bc 且正交向梁高3/4hb ：1.5 9度设防：1.25 其它： 1.0,48,节点剪力设计值,9度、一级框架:,其它 :,jb：节点剪力增大系数（一级：1.35 二级：1.2） Hc : 柱计算高度（上下柱反弯点间距） Mbua ：节点区左右梁端受弯承载力对应的 弯矩设计值之和 Mb ： 节点左右梁端组合弯矩设计值之和,49,节点受剪承载力计算,9度设防 :,其它 :,j ：正交梁约束影响系数 N: 对应组合剪力设计值的上柱组合轴向力设计值 受压： N 0.5 fc Ac 受拉： N 0,50,第四章作业： P86 6、9、11 P87 18,